载波移相控制方法、系统及汽车电机控制器
技术领域
本发明涉及新能源汽车电机控制器技术领域,尤其涉及一种载波移相控制方法、系统及汽车电机控制器。
背景技术
新能源汽车双电机控制器母线纹波电压过大时会使得车辆抗电磁干扰能力下降,对电池或者电池管理系统造成影响,同时转矩的控制精度也会下降。而载波移相控制具有改善变换器输出的电压波形,降低谐波含量;缓解交流电压的高次谐波含量;降低直流母线上开关频率的纹波电压等功能。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种载波移相控制方法、系统及汽车电机控制器,旨在解决如何抑制双电机控制器的母线纹波的技术问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种载波移相控制方法,所述方法包括:
获取第一载波与第二载波,所述第一载波的相位与第二载波的相位之间存在预设相位差;
获取电机参数与当前母线电压,并根据所述电机参数和所述当前母线电压生成第一调制波与第二调制波;
根据所述第一载波与所述第一调制波获取第一脉冲宽度调制波,并根据所述第二载波与所述第二调制波获取第二脉冲宽度调制波;
根据所述第一脉冲宽度调制波对第一电机进行驱动,并根据所述第二脉冲宽度调制波对第二电机进行驱动,以使所述第一电机和所述第二电机产生的纹波电压相错峰。
可选地,所述获取第一载波与第二载波的步骤,具体包括:
根据预设相位角及预设频率获取第一载波与第二载波。
可选地,所述获取第一载波与第二载波的步骤之前,还包括:
接收晶振信号,并根据所述晶振信号获取预设相位角及预设频率。
可选地,所述获取电机参数与当前母线电压,并根据所述电机参数和所述当前母线电压生成第一调制波与第二调制波的步骤,具体包括:
检测电机母线的当前母线电压;
获取第一电机的第一电机参数,获取第二电机的第二电机参数,所述第一电机及第二电机共用同一母线;
根据所述当前母线电压及所述第一电机参数获取第一调制波,并根据所述当前母线电压及所述第二电机参数获取第二调制波。
可选地,所述根据所述第一载波与所述第一调制波获取第一脉冲宽度调制波,并根据所述第二载波与所述第二调制波获取第二脉冲宽度调制波的步骤,具体包括:
获取所述第一载波与所述第一调制波的第一幅值关系,并根据所述第一幅值关系获取第一脉冲宽度调制波;
获取所述第二载波与所述第二调制波的第二幅值关系,并根据所述第二幅值关系获取第二脉冲宽度调制波。
可选地,所述根据所述第一脉冲宽度调制波对第一电机进行驱动,并根据所述第二脉冲宽度调制波对第二电机进行驱动,以使所述第一电机和所述第二电机产生的纹波电压相错峰的步骤,具体包括:
根据所述第一脉冲宽度调制波获取第一驱动信号,并根据所述第二脉冲宽度调制波获取第二驱动信号;
根据所述第一驱动信号驱动第一电机,并根据所述第二驱动信号驱动第二电机,以使所述第一电机和所述第二电机产生相互错峰的纹波电压。
可选地,所述根据所述第一驱动信号驱动第一电机,并根据所述第二驱动信号驱动第二电机,以使所述第一电机和所述第二电机产生相互错峰的纹波电压的步骤之前,所述方法还包括:
对所述第一驱动信号与所述第二驱动信号进行放大。
此外,为实现上述目的,本发明还提出一种载波移相控制系统,所述系统包括控制模块及驱动模块;其中,
所述控制模块,用于获取第一载波与第二载波,所述第一载波的相位与第二载波的相位之间存在预设相位差;
所述控制模块,还用于获取电机参数与当前母线电压,并根据所述电机参数和所述当前母线电压生成第一调制波与第二调制波;
所述控制模块,还用于根据所述第一载波与所述第一调制波获取第一脉冲宽度调制波,并根据所述第二载波与所述第二调制波获取第二脉冲宽度调制波;
所述驱动模块,用于根据所述第一脉冲宽度调制波对第一电机进行驱动,并根据所述第二脉冲宽度调制波对第二电机进行驱动,以使所述第一电机和所述第二电机产生的纹波电压相错峰。
可选地,所述系统还包括晶振模块;
所述晶振模块,用于发送晶振信号至所述控制模块,以使所述控制模块根据所述晶振信号获取预设相位角及预设频率;
所述控制模块,还用于根据预设相位角及预设频率获取第一载波与第二载波。
此外,为实现上述目的,本发明还提出一种汽车电机控制器,所述汽车电机控制器包含如上所述的载波移相控制系统。
本发明通过获取第一载波与第二载波,所述第一载波的相位与第二载波的相位之间存在预设相位差;获取电机参数与当前母线电压,并根据所述电机参数和所述当前母线电压生成第一调制波与第二调制波;根据所述第一载波与所述第一调制波获取第一脉冲宽度调制波,并根据所述第二载波与所述第二调制波获取第二脉冲宽度调制波;根据所述第一脉冲宽度调制波对第一电机进行驱动,并根据所述第二脉冲宽度调制波对第二电机进行驱动,以使所述第一电机和所述第二电机产生的纹波电压错峰。本发明通过产生载波进行移相控制,使得电机产生的纹波电压错峰,抑制了双电机控制器的母线纹波的尖峰,从而降低电磁干扰,提高电机闭环控制鲁棒性。
附图说明
图1为本发明载波移相控制方法第一实施例的流程示意图;
图2为本发明载波移相控制方法第二实施例的流程示意图;
图3为本发明载波移相控制系统第一实施例的结构示意图;
图4为本发明载波移相控制系统第二实施例的结构示意图。
附图标号说明:
标号 |
名称 |
标号 |
名称 |
MCU |
微控制器 |
P1 |
第一驱动单元 |
MCU1 |
第一微控制器 |
P2 |
第二驱动单元 |
MCU2 |
第二微控制器 |
C1 |
第一晶振 |
TM |
TM电机 |
C2 |
第二晶振 |
GM |
GM电机 |
100 |
控制模块 |
|
|
200 |
驱动模块 |
|
|
300 |
晶振模块 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种载波移相控制方法,参照图1,图1为本发明一种载波移相控制方法第一实施例的流程示意图。
本实施例中,所述载波移相控制方法包括以下步骤:
S10:获取第一载波与第二载波,所述第一载波的相位与第二载波的相位之间存在预设相位差。
需要说明的是,本实施例中执行主体为载波移相控制系统,所述载波移相控制系统中包含控制模块、驱动模块、晶振模块等模块。本实施例中以所述控制模块为一个微控制器MCU,所述驱动模块为两个驱动单元,所述晶振模块为一个晶振单元为例进行说明。
应当理解的是,所述晶振工作,对所述微控制器MCU发送晶振信号,所述微控制器根据所述晶振信号配置了两列同频率,存在预设相位差的载波。所述的载波一般为三角波,也可以是锯齿波、梯形波、正弦波或方波。所述的载波频率包括1kHz~40kHz间的任意频率,所述的相位差包括0°~360°间的任意角度,且所述的相位差可以是某一固定角度,也可以是变化的角度。
应当理解的是,根据电机当前运行状态,可以对所述相位差进行实时调整,以使移相控制取得更好的效果。
S20:获取电机参数与当前母线电压,并根据所述电机参数和所述当前母线电压生成第一调制波与第二调制波。
步骤S20,具体包括:检测电机母线的当前母线电压;获取第一电机的第一电机参数,获取第二电机的第二电机参数,所述第一电机及第二电机共用同一母线;根据所述当前母线电压及所述第一电机参数获取第一调制波,并根据所述当前母线电压及所述第二电机参数获取第二调制波。
需要说明的是,所述第一电机和所述第二电机仅为本实施例中为方便解释说明对电机的概括性命名,在具体实施中,所述第一电机可以为多个不同的电机组成电机组,所述第二电机也可以为多个不同电机组成的电机组,两个电机组中各电机对应的逆变器共母线。
应当理解的是,所述第一电机参数和所述第二电机参数可以包括电机的角度信息、转速信息及转矩指令,或更多电机相关参数(如电机工作电压、电流等)。
S30:根据所述第一载波与所述第一调制波获取第一脉冲宽度调制波,并根据所述第二载波与所述第二调制波获取第二脉冲宽度调制波。
步骤S30,具体包括:获取所述第一载波与所述第一调制波的第一幅值关系,并根据所述第一幅值关系获取第一脉冲宽度调制波;获取所述第二载波与所述第二调制波的第二幅值关系,并根据所述第二幅值关系获取第二脉冲宽度调制波。
需要说明的是,所述幅值关系可以采用SVPWM(Space Vector Pulse WidthModulation,空间矢量脉宽调制)算法进行计算,SVPWM算法是从三相输出电压的整体效果出发,使电机获得理想圆形磁链轨迹的算法。
S40:根据所述第一脉冲宽度调制波对第一电机进行驱动,并根据所述第二脉冲宽度调制波对第二电机进行驱动,以使所述第一电机和所述第二电机产生相互错峰的纹波电压。
步骤S40,具体包括:根据所述第一脉冲宽度调制波获取第一驱动信号,并根据所述第二脉冲宽度调制波获取第二驱动信号;对所述第一驱动信号与所述第二驱动信号进行放大。根据所述第一驱动信号驱动第一电机,并根据所述第二驱动信号驱动第二电机,以使所述第一电机和所述第二电机产生相互错峰的纹波电压。
应当理解的是,由于根据载波和调制波的幅值关系进行脉冲宽度调制波(PWM波)的获取,所述第一脉冲宽度调制波和所述第二脉冲宽度调制波也存在相应的相位差。再通过驱动模块将两脉冲宽度调制波生成驱动信号,分别驱动共母线的两组电机的开关器件的导通或者关断,使得电机对应的逆变器产生的纹波电压会错开一定的角度,从而避免波形峰值之间相互叠加,即生成了错峰的纹波电压。
在具体实施中,假设第一电机为TM电机(Traction Motor,牵引电机,一般用于驱动),GM电机(Generate Motor,发电机,一般用于发电),通过一个微控制器MCU接收一个晶振单元的晶振信号,通过第一驱动单元对TM电机进行驱动,通过第二驱动单元对GM电机进行驱动。
在具体实施中,假设第一驱动单元和第二驱动单元输出频率均为100Hz,取1/6个输出周期,获取第一载波、第二载波、TM母线电压纹波、GM母线电压纹波以及叠加后的电压纹波。其中,载波移相角为0°时,TM纹波电压峰值与GM纹波电压峰值完全叠加;载波移相角为90°时,TM纹波电压峰值与GM纹波电压峰值也错开一定角度,叠加后的纹波电压峰值会减小。
应当理解的是,载波移相存在最佳值,可根据纹波进行相互比较,对载波进行调整,以获取最佳值。本实施例中,第一驱动单元和第二驱动单元输出频率均为100Hz时,该工况下,载波不移相(0°)的纹波电压峰的峰值最大为16V,移相后纹波电压峰的峰值均有所降低,其中在90°相位差时取得最佳效果,仅有10.5V;第一驱动单元和第二驱动单元输出频率不同时,该工况下,载波不移相(0°)的纹波电压峰的峰值最大为16V,移相后纹波电压峰的峰值均有所降低,其中在90°相位差时取得最佳效果,仅有11.4V;综合比较,采用载波移相控制策略,可以大幅降低母线纹波电压。
本实施例通过上述方法,可以抑制双电机控制器的母线纹波,从而降低EMC(电磁场抗干扰能力)干扰,提高电机闭环控制鲁棒性(指控制系统在一定参数摄动下,维持其它某些性能的特性)和转矩控制精度,提升车辆运行的可靠性及实时性。在满足母线纹波需求的前提下,可以降低母线电容的容值,节约汽车电机控制器成本。
基于本发明载波移相控制方法第一实施例提出本发明载波移相控制方法第二实施例。参考图2,图2为本发明载波移相控制方法第二实施例的流程示意图。
所述步骤S10之前,还包括:
步骤S101:接收晶振信号,并根据所述晶振信号获取预设相位角及预设频率。
应当理解的是,基于第一实施例,所述控制模块可以包括两个独立的微控制器MCU,所述晶振模块也可以为两个独立的晶振单元,两个晶振单元和两个微控制器MCU一一对应。所述两个微控制器MCU分别对应不同的驱动单元,以分别驱动不同的电机的逆变器。
所述步骤S10,具体包括:
步骤S102:根据预设相位角及预设频率获取第一载波与第二载波。
应当理解的是,所述两个微控制器MCU进行通信,从而进一步对第一载波和第二载波进行调整,以防止晶振信号中包含相同的预设相位角及预设频率而导致生成相同的载波。
本实施例通过上述方法,利用不同的晶振单元与微控制器的组合,生成不同的载波以进行移相控制,从而驱动电机的纹波电压进行错峰。提升了移相控制的精准性,提升车辆运行的可靠性及实时性。在满足母线纹波需求的前提下,可以降低母线电容的容值。
此外,本发明实施例还提出一种载波移相控制系统,参考图3,图3为本发明载波移相控制系统第一实施例的结构示意图。
所述载波移相控制系统包括:
控制模块100,用于获取第一载波与第二载波,所述第一载波的相位与第二载波的相位之间存在预设相位差。
需要说明的是,本实施例中执行主体为载波移相控制系统,所述载波移相控制系统中包含控制模块、驱动模块、晶振模块等模块。本实施例中以所述控制模块为一个微控制器MCU,所述驱动模块为两个驱动单元,所述晶振模块为一个晶振单元为例进行说明。
应当理解的是,所述晶振工作,对所述微控制器MCU发送晶振信号,所述微控制器根据所述晶振信号产生了两列同频率,存在预设相位差的载波。所述的载波一般为三角波,也可以是锯齿波、梯形波、正弦波或方波。所述的载波频率包括1kHz~40kHz间的任意频率,所述的相位差包括0°~360°间的任意角度,且所述的相位差可以是某一固定角度,也可以是变化的角度。
应当理解的是,根据电机当前运行状态,可以对所述相位差进行实时调整,以使移相控制取得更好的效果。
所述控制模块100,还用于获取电机参数与当前母线电压,并根据所述电机参数和所述当前母线电压生成第一调制波与第二调制波。
易于理解的是,具体用于检测电机母线的当前母线电压;获取第一电机的第一电机参数,获取第二电机的第二电机参数,所述第一电机及第二电机共用同一母线;根据所述当前母线电压及所述第一电机参数获取第一调制波,并根据所述当前母线电压及所述第二电机参数获取第二调制波。
需要说明的是,所述第一电机和所述第二电机仅为本实施例中为方便解释说明对电机的概括性命名,在具体实施中,所述第一电机可以为多个不同的电机组成电机组,所述第二电机也可以为多个不同电机组成的电机组,两个电机组中各电机对应的逆变器共母线。
应当理解的是,所述第一电机参数和所述第二电机参数可以包括电机的角度信息、转速信息及转矩指令,或更多电机相关参数(如电机工作电压、电流等)。
所述控制模块100,还用于根据所述第一载波与所述第一调制波获取第一脉冲宽度调制波,并根据所述第二载波与所述第二调制波获取第二脉冲宽度调制波。
所述控制模块100,具体用于获取所述第一载波与所述第一调制波的第一幅值关系,并根据所述第一幅值关系获取第一脉冲宽度调制波;获取所述第二载波与所述第二调制波的第二幅值关系,并根据所述第二幅值关系获取第二脉冲宽度调制波。
需要说明的是,所述幅值关系可以采用SVPWM(Space Vector Pulse WidthModulation,空间矢量脉宽调制)算法进行计算,SVPWM算法是从三相输出电压的整体效果出发,使电机获得理想圆形磁链轨迹的算法。
驱动模块200,用于根据所述第一脉冲宽度调制波对第一电机进行驱动,并根据所述第二脉冲宽度调制波对第二电机进行驱动,以使所述第一电机和所述第二电机产生相互错峰的纹波电压。
驱动模块200,具体用于根据所述第一脉冲宽度调制波获取第一驱动信号,并根据所述第二脉冲宽度调制波获取第二驱动信号;对所述第一驱动信号与所述第二驱动信号进行放大。根据所述第一驱动信号驱动第一电机,并根据所述第二驱动信号驱动第二电机,以使所述第一电机和所述第二电机产生相互错峰的纹波电压。
应当理解的是,由于根据载波和调制波的幅值关系进行脉冲宽度调制波(PWM波)的获取,所述第一脉冲宽度调制波和所述第二脉冲宽度调制波也存在相应的相位差。再通过驱动模块将两脉冲宽度调制波生成驱动信号,分别驱动共母线的两组电机的开关器件的导通或者关断,使得电机对应的逆变器产生的纹波电压会错开一定的角度,从而避免波形峰值之间相互叠加,即生成了错峰的纹波电压。
参考图3,该系统包括晶振单元300,所述晶振单元300包括外部晶振(图中未示出但并不影响本发明的解释说明)及配套的晶振单元C1;所述控制模块100包括:微控制器MCU,驱动模块200包括第一驱动单元P1、第二驱动单元P2;所述系统还包括电机对应的逆变器1、逆变器2。其中,所述的微控制器MCU用以产生脉冲宽度调制PWM波,该微控制器MCU至少包括载波发生单元,调制单元和PWM发生单元;此外,所述的微控制器MCU还可以包括LDO(Low Dropout Regulator,低压差线性稳压)电路、JTAG(Joint Test Action Group,联合测试工作组,用于芯片内部测试)电路、EEPROM(Electrically Erasable Programmableread only memory,带电可擦可编程只读存储器)电路、复位电路。驱动模块200包第一驱动单元P1和第二驱动单元P2,能够执行相同的功能。其中,所述的驱动模块200用以对输入的PWM波进行功率放大和电平转换,驱动开关管进行导通或关断,该驱动模块200至少包括供电电路、隔离电路、驱动电路、推挽电路;此外,驱动模块200还可以包括Desat(去饱和)保护电路、有源钳位(用于过压保护)电路、Isense(电流检测)保护电路。其中,所述的逆变器至少包括三相全桥拓扑。
在具体实施中,假设第一电机为TM电机(Traction Motor,牵引电机,一般用于驱动),GM电机(Generate Motor,发电机,一般用于发电),通过一个微控制器MCU接收一个晶振单元的晶振信号,通过第一驱动单元P1对TM电机进行驱动,通过第二驱动单元P2对GM电机进行驱动。
在具体实施中,假设第一驱动单元P1和第二驱动单元P2输出频率均为100Hz,取1/6个输出周期,获取第一载波、第二载波、TM母线电压纹波、GM母线电压纹波以及叠加后的电压纹波。其中,载波移相角为0°时,TM纹波电压峰值与GM纹波电压峰值完全叠加;载波移相角为90°时,TM纹波电压峰值与GM纹波电压峰值也错开一定角度,叠加后的纹波电压峰值会减小。
应当理解的是,载波移相存在最佳值,可根据纹波进行相互比较,对载波进行调整,以获取最佳值。本实施例中,第一驱动单元和第二驱动单元输出频率均为100Hz时,该工况下,载波不移相(0°)的纹波电压峰的峰值最大为16V,移相后纹波电压峰的峰值均有所降低,其中在90°相位差时取得最佳效果,仅有10.5V;第一驱动单元和第二驱动单元输出频率不同时,该工况下,载波不移相(0°)的纹波电压峰的峰值最大为16V,移相后纹波电压峰的峰值均有所降低,其中在90°相位差时取得最佳效果,仅有11.4V;综合比较,采用载波移相控制策略,可以大幅降低母线纹波电压。
本实施例通过上述系统,可以抑制双电机控制器的母线纹波,从而降低EMC(电磁场抗干扰能力)干扰,提高电机闭环控制鲁棒性(指控制系统在一定参数摄动下,维持其它某些性能的特性)和转矩控制精度,提升车辆运行的可靠性及实时性。在满足母线纹波需求的前提下,可以降低母线电容的容值,节约控制器成本。
基于本发明载波移相控制系统第一实施例,提出本发明载波移相控制系统第二实施例。参考图4,图4为本发明载波移相控制系统第二实施例的结构示意图。
所述晶振模块300,用于发送晶振信号至所述控制模块100,以使所述控制模块100根据所述晶振信号获取预设相位角及预设频率;
应当理解的是,基于第一实施例,所述控制模块100可以包括两个独立的微控制器MCU(第一微控制器MCU1、第二微控制器MCU2),所述晶振模块300也可以为两个独立的晶振单元(第一晶振单元C1、第二晶振单元C2),两个晶振单元和两个微控制器MCU一一对应。所述两个微控制器MCU分别对应不同的驱动单元,以分别驱动不同的电机的逆变器。
所述控制模块100,还用于根据预设相位角及预设频率获取第一载波与第二载波。
应当理解的是,所述两个微控制器MCU进行通信,从而进一步对第一载波和第二载波进行调整,以防止晶振信号中包含相同的预设相位角及预设频率而导致生成相同的载波。
本实施例通过上述系统,利用不同的晶振单元与微控制器的组合,生成不同的载波以进行移相控制,从而驱动电机的纹波电压进行错峰。提升了移相控制的精准性,提升车辆运行的可靠性及实时性。在满足母线纹波需求的前提下,可以降低母线电容的容值。
此外,本发明实施例还提出一种汽车电机控制器,所述汽车电机控制器包括如上所述的载波移相控制系统。
由于本存储介质采用了上述所有实施例的全部技术方案,因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果,在此不再一一赘述。
应当理解的是,以上仅为举例说明,对本发明的技术方案并不构成任何限定,在具体应用中,本领域的技术人员可以根据需要进行设置,本发明对此不做限制。
需要说明的是,以上所描述的工作流程仅仅是示意性的,并不对本发明的保护范围构成限定,在实际应用中,本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的,此处不做限制。
另外,未在本实施例中详尽描述的技术细节,可参见本发明任意实施例所提供的载波移相控制方法,此处不再赘述。
此外,需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器(Read Only Memory,ROM)/RAM、磁碟、光盘)中,包括若干指令用以使得一台终端电机控制器(可以是手机,计算机,服务器,或者网络电机控制器等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。